DE2801281A1

DE2801281A1 - Stroemungsmesser auf dem prinzip der positiven verdraengung

Info

Publication number: DE2801281A1
Application number: DE19782801281
Authority: DE
Inventors: Shigeyoshi Nagata
Original assignee: Oval Engineering Co Ltd
Current assignee: Oval Engineering Co Ltd
Priority date: 1977-01-19
Filing date: 1978-01-13
Publication date: 1978-07-20
Also published as: US4224015A; NL182022C; GB1597011A; FR2378263B1; NL7800506A; DE2801281C2; FR2378263A1

Description

Oval Engineering Co., Ltd._v Vokyo 60 P 31

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Strömungsmesser auf dem Prinzip der positiven Verdrängung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1»

Es sind bereits Strömungsmesser auf dem Prinzip der positiven Verdrängung mit einem Paar von Rotoren bekannt, sogenannte nichtkreisförmige Zahn-Strömungsmesser, ferner Roots-Strömungsmesser₃Birotor-Strömungsmesser und dergleichen mehr. Der nichtkreisförmige Zahn-Strömungsmesser weist einen verhältnismäßig einfachen Aufbau und eine hohe Leistung auf, insbesondere in bezug auf die Volumenabgabe, jedoch werden die Rotoren mit einer ungleichen Winkelgeschwindigkeit angetrieben, so daß es nicht möglich ist, Schwingungsstörungen infolge von Pulsationen zu vermeiden. Bei einem Roots-Strömungsmesser ist es, weil der Rotor selbst nicht die Drehung fortsetzen kann, unabdingbar, einen Pilotzahn zu verwenden j wobei nachfolgend eine Phasenjustierung zwischen dem Pilotzahn und dem Rotor durchgeführt wird; die zum Montieren erforderliche Arbeit ist verhältnismäßig aufwendig,. Infolgedessen wird der gesamte Aufbau komplizierte Bei einem Birotor-Strömungsmesser ist es zwar möglich, Pulse tarnen . durch Wahl eines geeigneten Drillwinkels 2;u vermeiden, welcher normalerweise der 1,5-fachen Steigung bei der Zahn tiefe entspricht., jedoch ist es nicht möglich-, einen Pilotzahn gerade im Falle des oben erwähnten Roots-Strömungsmessers zu verwenden. Theoretisch kann der Birotor-Strömungsmesser eine Drehung ohne das Erfordernis eines Pilotzahnes übertragen, jedoch ist das Zahnprofil mit einem sogenannten Zweit-Zahnprofil versehen, so daß der Gleitvorgang sehr groß ist und die Zähne beim wechselseitigen Eingriff augenblicklich verschlissen werden„ Demgemäß ist es im wesentlichen unvermeidlich,

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einen Pilotzahn zu verwenden. Ferner liegt gelegentlich der Fall vor, daß der Gehäusedurchmesser Unstimmigkeiten aufweist und daß die Bearbeitung schwierig und wenig effizient ist, weil eine unterschiedliche Zahnprofil-Kurve eines Paares von Rotoren vorliegt.

Die vorangehenden Ausführungen zum Stand der Technik ziehen insbesondere die US-PS 2 410 172, 2 243 874, 2 287 716, 1 821 523 und 1 965 557 in Betracht. Nach jeder dieser Druckschriften kämmt ein Paar von Rotoren miteinander, wobei das Zahnprofil eines ersten Rotors sehr unterschiedlich gegenüber demjenigen eines zweiten Rotors ist. Infolgedessen ist die Übertragung von Energie zwischen den beiden Rotoren nicht gleichförmig, sondern es wird eine stärkere Kraft eines Rotors auf den anderen Rotor übertragen„ Die Vibrationen infolge wechselseitigen Eingriffs der beiden Rotoren sind groß, und es ist unmöglich, einen Verschleiß von Zähnen der beiden Rotoren zu vermeiden„

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Strömungsmessers nach dem Prinzip der positiven Verdrängung, welcher eine Verbesserung gegenüber dem vorangehend erläutertön Stand der Technik aufweist» Der Strömungsmesser ist mit einem Paar von Rotoren mit Schraubenzahn versehen, die miteinander kämmen, wobei ein Zusatz der Zahnprofilkurve eines Paares von Rotoren mit einer Zykloidcversehen ist, während eine Ausnehmung mit einem Trochoid versehen ist- Ein Paar von Rotoren weist das gleiche Profil auf.

Die Erfindung schafft einen Strömungsmesser, bei welchem ein Paar von Rotoren mit gleicher Drehzahl anzutreiben ist, wobei wegen sehr geringer Pulsattionen und Vibrationsstörungen auch eine Anwendungsmöglichkeit für große Geräte

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besteht.

Die Erfindung schafft ferner einen Strömungsmesser, bei ■welchem die Herstellung von Rotoren mit Schraubenzahnform verbessert und die Herstellungskosten erniedrigt werden, da jeder der Rotoren das gleiche Zahnkurvenprofil aufweist.

Die Erfindung schafft auch einen Strömungsmesser, bei welchem das Drehmoment eines Paares von Rotoren während einer vollen Drehung stets konstant ist, wobei eine Energieübertragung «wischen den beiden Rotoren wechselseitig ausgeglichen wird.

Die Erfindung schafft ferner einen Strömungsmesser von hoher Genauigkeit, bei welchem ein Abschnitt eines Paares von Rotoren an einem axial rechten Winkel mit dem gleichen Zahnprofil und der gleichen Anzahl von Zähnen versehen ist =

Die Erfindung schafft ferner einen Strömungsmesser, bei welchem ein erstes Zahnprofil durch Anbringung eines Boganzahnprof ils vom Schlupf NCil£ an· einem Abschnitt eines zweiten Zahnprofils eines Paares von Rotoren gebildet wird, wobei eine Drehung eines Paares von miteinander kämmenden Rotoren ohne Verwendung eines Pilotzahnes möglich ist«

Die Erfindung schafft ferner einen Strömungsmesser, bei welchem ein Sperrelement zur Verriegelung eines Paares von Rotoren mit einem in Eingriff zu bringenden Zahnprofil neben einem Steigungskreis eines Paares von Rotoren vorgesehen ist, um die Funktion eines Pilotzahnfes zu erfüllen, was wiederum zu einer sehr glatten Drehung mit weniger Reibung und weniger Schwingungen führt=

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Die Erfindung schafft ferner ein Paar von Rotoren mit einer Zahnprofilkurve einer Zykloide und eines Trochoides, welche nicht nur auf einen Strömungsinesser auf dem Prinzip der prositiven Verdrängung anwendbar sind, sondern auch auf eine Rotationspumpe, einen Motor und verschiedene andere hydraulische Bauelemente»

Die Erfindung schafft ferner einen Strömungsmesser, bei welchem ein konvexes Zahnprofil an einem (oder beiden) Abschnitt (oder Abschnitten) vorgesehen ist, während der andere Abschnitt des Profils ausgenommen ist; hierbei kann ein Paar von Rotoren glatt gedreht werden_t lediglich durch das konvexe Zahnprofil.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strömungsmessers auf dem Prinzip der positiven Verdrängung, wobei Zahnprofilkurven eines Paares von Rotoren in einem axial rechtwinkligen Querschnitt veranschaulicht sind.

Fig» 2a-2j den wechselseitigen Eingriff eines Paares von Rotoren von Fig. 1 in verschiedenen Betriebsphasen, jeweils in schematischer Darstellung,

Fig. 3 eine Kurve von Eingriffspunkten eines Paares von Rotoren gemäß Fig. 1, in schematischer Darstellung>

Fig« 4a ein Zahnprofilgebilde des Eingriffes eines Paares von Rotoren nach einem anderen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strömungsmessers auf dem Prinzip der positiven Verdrängung, in schematischer Teildarstellung,

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Fig» 4b eine Eingriffskurve eines Paares von Rotoren gemäß Fig» 4_t

Fig. 5 ein Zahnprofilgebilde gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Paares von Rotoren, in einer schematischen Darstellung ähnlich Fig. 4a,

Fig» 6 ein Ausführungsbeispiel eines Strömungsmessers nach der Erfindung im Axialschnitt,

Fig» 7a den Zustand einer instrumenteilen Korrektur eines Strömungsmessers nach der Erfindung in Schaubilddarstellung,

Fig» 7b den Druckverlust als Funktion des Durchsatzes bei einem erfindungsgemäßen Ströeungsmesser, ebenfalls in Schaubilddarstellung,

Fig» 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Paares von Rotoren eines erfindungsgemäßen Strömungsmessers in einer Darstellung ähnlich Fig« I,

Fig. 9a-9h den wechselweisen Eingriff eines Paares von Rotoren gemäß Fig= 8 in verschiedenen Betriebsstellungen«

Gemäß Fig= 1 weist ein Rotor 1 mit schraubenförmigen Zähnen vier Flügel auf; ein zweiter Rotor 2 hat drei Flügel= Die Rotoren sind gemäß der Gleichung P = Pl - P2. d.h. entsprechend der Druckdifferenz gegen einen Flüssigkeits-Strömungsauslaß 4'_?von einem in einem Gehäuse 3 angeordneten Strömungseinlaß 4 aus frei drehbar= Es sind ein Steigungskreis 5 und ein Zusatzkreis 6 für den Rotor 1 dargestellt» Entsprechend sind für den Rotor 2 ein Steigungskreis 7 und ein Zusatzkreis 8 gezeigt» Die Rotoren I₃

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rotieren um Mittelpunkte Ol und 02. Außerdem ist ein Steigungspunkt M definiert.

Es sind auch Zahnprofilkurven AlBl und A2B2 dargestellt, welche an dem Zusatzabschnitt der beiden Rotoren 1 bzw. 2 vorgesehen sind, während Kurven BlCl und B2C2 Zahnprofilkurven darstellen, welche an dem Ausnehmungsteil des Rotors 1 bzw ο 2 ausgebildet sind» Mit anderen Worten entsprechen bei Definition der Steigungskreise 5, 7 der beiden Rotoren 1, 2 als eine Grenze die Zahnprofilkurven, welche gegen den Zusatz von den Steigungskreisen 5, 7 gebildet sind, den Kurven AlBl und a2B2, während die Zahnprofilkurven, welche gegen den Ausnehmungsteil von den Steigungskreisen 5, 7 ausgebildet sind, den Kurven BlCl und B2C2 entsprechen.

Der gegenüberliegende Abschnitt dieser Zahnprofilkurven ist symmetrisch dargestellt, gerade wie in dem Falle des Schnittes von Fig. 1, so daß die Beschreibung des gegenüberliegenden Schnittes entfallen kann=

Wenn ein Paar von Rotoren 1, 2 miteinander "AniöHge- Abrollens ohne Schlupf an den Steigungskreisen 5, 7 in Eingriff steht,, so ist ein Schnittpunkt Al zwischen dem Zusatzkreis 6 des ersten Rotors und dessen Zahnprofilkurve wegen des Schlupfes mit der Zahnfläche der Ausnehmung des zweiten Rotors 2 in Eingriff. Während also die Zahnprofilkurve der Ausnehmung des zweiten Rotors 2 eine Linie an dem Rotor 2 an dem Punkt Al ist, stellt die Zahnprofilkurve des Zusatzes des Rotors 1 eine Linie an dem Rotor 1 am Punkt B2 dar.

Die Punkte Al und B2 werden Schnittpunkte an den Zahnprofi lkurven jedes'der Rotoren 1, 2 und sind weiterhin an dem Umfang des Zusatzkreises 6 des ersten Rotors 1 und ferner

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an demjenigen des Steigungskreises 7 des zweiten Rotors 2 gelegen. Wenn die Schnittpunkte der beiden Kreise 6, 7 mit N und N¹ und ein Schnittpunkt zwischen den Linien-Verbindungsachsen der beidBn Rotoren I₃ 2 und dem Zusatzkreis 6 mit K bezeichnet werden, so entspricht die Kurve im Verhältnis zu den Schnittpunkten A1B2 mit den ortsfesten Koordinaten zwei' Bögen, d.h. NKN' und NMN¹5 nachfolgend wird der Eingriff der beiden Rotoren I₃ 2 längs der Gewindezahnflächen völlig abgedichtet, während eine Berührung an den Zahnflächen aufrechterhalten wird. Wenn die Schnittpunkte zwischen dem Zusatzkreis 8 des zweiten Rotors 2 und dem Steigungskreis 5 des ersten Rotors 1 mit S und Sl bezeichnet werden und wenn ein Schnittpunkt zwischen der Verbindungslinie der beiden Achsen der Rotoren 1, 2 sowie dem ZusatztaeiäniiüJ bezeichnet wird, wie dies in Fig= 1 gestrichelt dargestellt ist; so werden in bezug auf den Punkt Bl des Rotors 1 in gleicher Weise entsprechend den Punkten a2 und B2 des zweiten Rotors entsprechend dem Punkt Al zwei Kreise, d.h. SUS^! und SMS' als eine Kurve ortfester Koordinaten der Schnittpunkte A2 und Bl erhalten.

Wenn die beiden Steigungskreise 5_{ 7 abgerollt und ohne Schlupf miteinander in Berührung gebracht werden, so zeigen die Zahnprofilkurven AlBl und A2B2, welche an dem Zusatz der beiden Rotoren L₁ 2 zn bilden sind_s die: durch die Punkte B2 und Bl an dem Steigungskreis zu beschreibende Zykloide, während die Zahnprofilkurven BlCl und B2C2> welche an der Ausnehmung der beiden Rotoren 1, 2 zu bilden sind, das durch die Punkte Al und a2 an dem Zusatzkreis zu beschreibende Trochoid bilden. Während also die Punkte Bl und B2 die Berührungspunkte sind, welche die Zykloide A2B2 und AlBl bilden j stellen die Punkte Al und A2 die Berührungspunkte dar, welche das Trochoid B2C2 und BlCl berühren.

Es ist also verständlich, daß die Zahnprofilkurven eines

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- Io -

Paares von Rotoren 1, 2, welche miteinander in Eingriff zu bringen sind., eine Zykloide in Richtung des Zusatzes und ein Trochoid in Richtung der Ausnehmung mit den Punkten Bl und B2 an dem Steigungskreis als Grenze bilden.

Die Enden der Zykloide und des Trochoides, welche an dem Zusatz und den Zahnböden der beiden Rotoren 1, 2 liegen, verbinden mit Bögen mit den Zahnprofilkurven, welche den Mittelpunkten der entsprechenden Steigungskreise, d-h. den Rotorachsen 01 und 02, benachbart sind„ Demgemäß kann ein Paar von Rotoren die Eingriffsbewegung durchführen., ohne daß eine gegenseitige Störung vorliegt» Die Veränderungen des Eingriffs eines Paares von Rotoren sind in Fig_o 2a-2j dargestellt ο Hieraus ergibt sich, daß die durch die Punkte /\1a2 und B1B2 der beiden Rotoren 1, 2 zu beschreibende Kurve durch vier Bögen NKN'_v NMN¹, SUS' und SMS¹ gebildet wird«.

Das Drehmoment eines Strömungsmessers A mit einem Paar von Rotoren der beschriebenen Art ist nachfolgend von der Theorie her näher erläuterte Das Drehmoment Tl des ersten Rotors 1 sei mit Tal an dem Zusatz und mit TdI an der Ausnehmung bezeichnet, wobei die Radien der entsprechenden Berührungspunkte mit RaI und RdI bezeichnet sind» Eine X-Achse verlaufe in Axialrichtung„ Danach ergeben sich folgende Gleichungen;

Tal = γ- J (RoI² - RaI²)dx

(1) TdI = f- j (R₄ ² - Rdl²)dx ₊ |-|_(κα12 . _Rcl2_)dXj

Hierbei bedeuten: RoI den Radius des Zusatzkreises

Rl den Radius des Steigungskreises RrI den Radius des Zahnbodenkrexses

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In der gleichen Weise sei das Drehmoment des zweiten Rotors 2 mit Ta2 an dem Zusatz und Td2 an der Ausnehmung bezeichnet-, wobei die Radien der entsprechenden Berührungspunkte als Ra2 und Rd2 bezeichnet wäirden. Danach ergtelten sich folgende Gleichungen.

Ta2 = £- j (Ro2² - Ra2²)dx

² J L.....(2)

w »-. j r> ^ \ j *r I / j-, j λ t. »^ ο

(R2^ - Rd2^)dx + |~ J (Rd2^ - Rr2^)d

Hierbei bedeuten; Ro2 den Radius des Zusatzkreises

R2 den Radius des Steigungskreises Rr2 den Radius des Zahnbodenkreises

Auf der Grundlage der Kurvenansicht der Berührungspunkte der Rotoren gemäß Fig.. 3 werden die Radien RaI,, RdI, Ra2 und Rd2 jedes Berührungspunktes durch folgende Gleichungen erhalten;

RaI² = Rd²+ 2R2(R1 + R2)(l - cos Θ2)

RdI² = RrI²+ 2Ro2(Rl + R2)(l - cos θ ) . .

Ra2² = R2²+ 2Rl(Rl + R2)(l - cos θ )

Rd2² = Rr2²+ 2RoI(Rl + R2)(l - cos 9 ) J

Da das entsprechende Zahnprofil eines Paares von Rotoren einen bevorzugten Drillwinkel β in einer Axialrichtung der Rotoren aufweist; können die vorangehenden Gleichungen (1) und (2) folgendermaßen umgeschrieben werden, wenn die Beziehung

dx = RldÖl/tgß = R2d©2/tgß
berücksichtigt wird-;

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Tl = Tal + TdI

= ξ- t§jj j (Ro^²- R1²)-2R2(R1 + R2M1 - cos©2) { dQ2

(Rl²- Rrl²)-2Ro2(Rl + R2)(l - cos©2)V d©2

2Ro2(Rl + R2)(l - cosQ ) d©2 ...... (4)

T2 = Ta2 + Td2

(Ro2²- R2²)-2R1(R1 + R2)(l - cos©) V dGl

-H

(R2²- Rr2²)-2Rol(Rl + R2)(l - cosG ) ) d©l

+ 12RoI(Rl + R2)(l - cosQ) ] dGl | ..........(5)

Wenn die vorangehenden Gleichungen (4) und (5) integriert werden, indem der Integralausdruck jedes Drehwinkels definiert wird, so erhält man das Drehmoment in jeder Eingriff sstellung, jedoch ist das Drehmoment allgemein variabel »

Der Drillwinkel ß ist so auszulegen, daß er durch eine gewisse Integralzahl bei der Länge L jedes Rotors multipliziert wird. Mit anderen Worten sind die Zahnfläche bzw. das Frontende der Rotoren 1, 2 und diejenige des rückwärtigen Endes so anzuordnen, daß eine Drillung erfolgt, indem eine gewisse Integralzahl der Steigung aufrechterhalten wird, wobei die Anzahl der Zähne der Rotoren 1,2 den Werten Zl bzw. Z2 entspricht und die positive Integralzahl den Wert i aufweist. Danach erhält man folgende Gleichung:

L = iRl-p- /tgß = iR2~f /tgß ...,..„..,(6)

Wenn ferner die vorangehende Gleichung (6) durch jeden Rotationswinkel der beiden Rotoren 1, 2 integriert wird,

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erhält man die folgenden Gleichungen-:

_{T =} |-—i J(RoI- Rl )§- + 2 I (RoI- Ral^)dQ2 Öd2 9d2

- /(Rl²- Rdl²)d92- / (Rl²- Rdl²)dQ2 + (RdI²- Rrl²)d02 ο 3£2 )

P R2 . I (RoI²- Rl²)Λ + 29a2)-4R2(Rl + R2) " 2 TgR [

(9a2- sin9a2)-(Rl²- Rr²)(2öd2 -9ί2) + 4Ro2(Rl + R2) (Qd2 - sinÖd2)J

₌ P-L-H(RoI²- R1²)(J|_T + Qa2)-(R1²- RrI²) (Qd2- -ψ- )

-2R2(R1 + R2)(Ga2 - sinGa2) + 2Ro2iRl+R2)(Öd2- sin6d2)j

( 7t

Gleichzeitig erhält man die folgende Gleichung. T2= |-L ^.f(Ro2²- R2²)(^_r + Oal)-(R2²-Rr2²)(Qdl - ψ)

-2Rl(Rl + R2)<öal - sinQal) + 2RoI(R1+R2)(QdI - sinQdl)

rtlle numerischen Werte der vorangehenden Gleichungen (7) und (8) zeigen einen bestimmten festen Wert, wobei keine Variable eingeschlossen ist. Demzufolge gelten die folgenden Festbeziehungen.

Tl = Kl (fest)
T2 = K2 (fest)

Wenn die Schnittprofile eines Paares von Rotoren bei einem

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axial rechten Winkel zueinander identifiziert werden, er hält man die folgenden Beziehungen gemäß den vorangehenden Gleichungen -,

21 = Z2 = Z

RoI = Ro2 = Ro
Rl = R2 = R
RrI = Rr2 = Rr
9al = 9a2 = Qa
QdI = Öd2 = 6d

_T1 = _{T2 =}|-_L |__(Ro2 _ _R2

- 4R²(©a - sinGa) + 4RoR(Od - sinöd) .....,.(9)

Demgemäß gilt folgende Beziehung.
Tl = T2 = K (konstant

Damit ein Paar von Rotoren 1, 2 stets mit einer gleichen Drehzahl ohne Pulsationen drehbar ist, muß die Forderung erfüllt sein., daß die Summe der Drehmomente Tl und T2 der beiden Rotoren 1, 2 fest ist« Die Differenz zwischen den beiden Drehmomenten Tl und T2 drückt die Übertragung von Energie während der Drehung des Paares von Rotoren l_s 2 aus. Daher sind folgende Fälle zu erläutern■.

(I) Es sei Tl - T2 >0

Dieser Fall zeigt, daß der erste Rotor l-als Hauptantrieb den zweiten Rotor 2 in Drehung versetzt»

(II) Es sei Tl - T2< 0

Dieser Fall zeigt, daß der zweite Rotor 2 als Hauptantrieb den ersten Rotor 1 in Drehung versetzt»

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(III) Es sei Tl - T2 = O, d.h* Tl = T2 Dieser Fall zeigt, daß die beiden Rotoren durch sich selbst gedreht werden, so daß der Oberflächendruck des Berührungspunktes gleich Null ist«

Wenn die Summe der Drehmomente Tl und T2 eines Paares von Rotoren 1, 2 fest ist und die Beziehung Tl = T2 erreichbar ist, so kann ein idealer Strömungsmesser auf dem Prinzip der positiven Verdrängung aufgebaut werden.

Unter Berücksichtigung der vorangehenden Gesichtspunkte sollen nun die Gleichungen (7)₅ (8) und (9) untersucht werden.

(I') Es sei L ^ iR-§^- /tgß

Entweder Tl oder T2 liegt nicht fest_> wobei die Summe derselben und deren Differenz ebenfalls nicht festliegen«

7 W
(II') Es sei L « iR-g-=- /tgß

Entweder Tl oder T2 liegt fest, wobei die Summe oder deren Differenz festliegt» Wenn jedoch die Anzahl von Zähnen des ersten Rotors 1 nicht gleich derjenigen des zweiten Rotors 2 ist, so wird die Differenz zwischen Tl und T2 nicht gleich Null. Wenn die anzahl von Zähnen des erstgenannten Rotors gleich derjenigen des zweitgenannten Rotors ist₅ so wird die Differenz zwischen T 1 und T2 gleich Null- wobei ein idealer Strömungsmesser auf dem Prinzip der positiven Verdrängung aufzubauen ist. Wenn der Drillwinkel ß nicht mit einer gewissen Integralzahl der Steigung multipliziert wird und die Phase der Front- und Rückzahnfläche des Rotors gerade um 1/2 gleitet, und zwar entsprechend der Gleichung
L = (i + o.5)r|S /tgß

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so liegen die Drehmomente Tl und T2 der beiden Rotoren 1, 2 nicht fest., und die dazwischen bestehende Differenz liegt nicht fest, so daß lediglich die Summe festliegt-

Unter den vorangehenden Umständen kann erfindungsgemäß ein Strömungsmesser auf dem Prinzip der positiven Verdrängung mit einem Paar von Rotoren mit Schraubenzahnstruktur geschaffen werden, wobei der Zusatz mit einer Zykloide und die Ausnehmung mit einem Trochoid versehen ist. Wenn ferner der Drillwinkel ß demjenigen der Steigung entspricht_} welche durch eine gewisse Integralzahl bei der Zahntiefe zu multiplizieren ist und wenn das Schnittprofil des ersten Rotors in einem axialjrechten Winkel die gleiche Form wie dasjenige des zweiten Rotors in der gleichen Weise aufweist., so kann ein idealer Strömungsmesser auf dem Prinzip der positiven Verdrängung aufgebaut werden.

Obgleich der Zahnprofil-Berührungspunkt eines solchen Strömungsmessers auf dem Prinzip der positiven Verdrängung an der Zahnfläche einen Druck Null aufweist, so ist₅ weil der Eingriff sekundär ist einmal der Gleitvorgang stark und zum anderen ist die Gefahr eines Verschleisses unter geringer Belastung groß. Daher ist es erforderlich., einen Pilotzahn vorzusehen, wobei infolgedessen das gesamte Gebilde kompliziert wird«. Zusätzlich können sich wesentliche Schwierigkeiten beim Zusammenbau und der Vereinigung des Pilotzahnes und der Rotoren ergeben»

Eines der wesentlichen fortschrittlicheh M^ckmale der Erfindung liegt in der Weglassung eines Pilotzahnes, welcher für einen Strömungsmesser auf dem Prinzip der positiven Verdrängung erforderlich erscheint. Ins Einzelne gehende Beispiele ergeben' sich aus Fig„ 4a und 4bc

An dem Schnitt eines Paares von Rotoren bei einem axial

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rechten Winkel wird das konvexe Bogenzahnprofil 9 an der Stelle des Zusatzes der Zykloide gebildet, indem der Steigungskreis eines Paares von Rotoren 1, 2 als Grenze definiert wird; während das andere konvexe Bogenzahnprofil an der Stelle des Steigungskreises des Trochoides gebildet wird, indem der Steigungskreis als Grenze definiert wird* Der Zykloiden- und Trochoxdenabschnxtt ausschließlich des oben erwähnten konvexen Bogenzahnprofils 9, Io ist konkav ausgebildet, d.h. in einer AUßerberührungsstellung gehalten, indem ein leichter Vorsprung ^ geschaffen wird.

Lediglich an beiden seitlichen Enden der Kurvenansicht der Berührungspunkte nach Fig* 4b> d»ho an der Stelle entsprechend der Länge der Bogenzahnprofile 9, Io _ί sind die beiden Rotoren 1, 2 miteinander in Eingriff zu bringen und unter dem Zustand der sogenannten Schlupffreiheit drehbar« Demgemäß ist ohne Verwendung eines Pilotzahnes eine ideale Strömungsmessung erzielbar, indem der erläuterte Strömungsmesser auf dem Prinzip der povitiven Verdrängung verwendet wird ο

Vorzugsweise ist der Vorsprung 4 der konvexen Bogenzahnprofile 9_S Io sehr gering, so daß sich ein Spalt von lediglich 2 Δ ergibt* Jedoch ist es möglich, einen konstanten festen Spalt aufrechtzuerhalten, anstatt den Spalt zwischen den konvexen Zahnprofilen 9, Io mittels eines Pilotzahnes einzustellen- Demzufolge kann die erfindungsgemäße Einrichtung stabil gehalten werden.

Um die Bogenzahnprofile 9, Io konstant zu berühren, soll der Drillwinkel ß so festgelegt sein, cjaß die Bedingung

erfüllt ist. Wenn diese Gleichung nicht erfüllt wird, so

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kann ein gewisser Spalt des Paares von Rotoren während der Drehung zu Vibrationen führen.

Da der Strömungsmesser auf dem Prinzip der positiven Verdrängung nach der Erfindung ein Paar von Rotoren mit schraubenförmiger Zahnstruktur aufweist., wobei die Zahnprofilkurven der Zykloide und des Trochoides mit den Bogenzahnprofilen 9■, Io erreicht werden, ergibt sich ein einfacher Aufbau sowie eine sehr geringe Pulsation und sehr geringe Vibrationsstörungen infolge Drehung mit gleicher Winkelgeschwindigkeit» Ferner entsteht ein ideales Erzeugnis ohne Energieübertragung zwischen den beiden Rotoren.

Gemäß Fig.. 5 wird ein konvexes Bogenzahnprofil loa mit einem geringen Vorsprung Δ an der Stelle wechselseitigen Eingriffes gebildet (wie in Fig» 4a veranschaulicht), und zwar eines Paares von Bogenzahnprofilen 9, Io* Der andere Abschnitt ausschließlich des konvexen Bogenzahnprofils 10a ist in einer Außerberührungsstellung zurückversetzt bzw. ausgenommen„

Das konvexe Bogenzahnprofil 10a ist nicht nur auf die Zahnprofilkurve des vorliegenden Ausführungsbeispiels oder eines nachfolgend zu beschreibenden anderen Ausfuhrungsbeispiels anwendbar, sondern auch auf alle Schraubwendelzähne einschließlich einer Involutenkurve, einer Zykloidenkurve, einer TrochoidenkiarYe_v einer Kreisenveloppe._; eines Bogenzahnprofils und/oder anderer künstlicher Kurven= Selbstverständlich entsteht durch den zurückversetzten Teil ein geringer Spalt, welcher ein Lecken von Flüssigkeit bewirken kann. Dieser Spalt ist jedoch geringer als derjenige, welcher für eine Phasenjustierung zwischen einem Rotor und einem Pilotzahn in einem Roots-Strömungsmesser oder dergleichen notwendig ist* Demzufolge hat ein solcher geringer Spalt insgesamt keinen Nachteil= Umgekehrt kann die

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Abmessung des Spaltes stets stabilisiert werden«

Gemäß Fig. 6 weist ein Paar von Rotoren die gleiche Anzahl von Zähnen auf und besitzt die Bogenzahnprofile gemäß Fig= 4„ Eine Abtriebswelle Ii und Drehwellen 12, 13 sind vorgesehen. Außerdem ist eine Magnetkupplung 14 eingebaut»

Fig= 7a zeigt den Zustand der Instrumentenkorrektur des Strömungsmessers auf dem Prinzip der positiven Verdrängung; Fig=7b zeigt den darin auftretenden Druckverlust= Gemäß Fig„ 7a ist die Änderung der Instrumentenkorrektur sehr gering« Zusätzlich ist eine bevorzugte Funktion in bezug auf den Druckverlust mit der Strömung erzielbar=

Es sei nun die Störung des obigen Strömungsmessers auf dem Prinzip der positiven Verdrängung mit derjenigen eines Strömungsmessers gleichen Typs mit . nichtkreisförmigem Zahn verglichen= Während der erstgenannte Strömungsmesser fünfundsiebzig Hörner zum Zeitpunkt der maximalen Strömung aufweist, besitzt der letztere neunzig bis zweiundneunzig Hörner= Demgemäß ist das erstgenannte Gerät im Hinblick auf die Verhinderung von Störungen wesentlich günstiger als das letztgenannte Gerät=

Gemäß Fig„ 8 weist der erste Rotor 21 vier Flügel auf _s während zweite Rotoren 22 drei Flügel aufweisen.. Unter diesen Bedingungen ist von dem Flüssigkeits-Strömungseinlaß 24, der in einem Gehäuse 23 vorliegt,, gegen einen Flüssigkeits-Strömungsauslaß 24·' ein Paar von Rotoren 21 _> frei drehbar, entsprechend der Druckdifferenz der Flüssigkeit, d=h. gemäß der Gleichung P = Pl - P2= In der Zeichnung sind ein Steigungskreis 25 und ein Zusatzkreis 26 dargestellt-, ferner sind ein Steigungskreis 27 und ein Zusatzkreis 28 veranschaulicht= Es sind auch die entsprechenden Mittelpunkte 01 und 02 der Steigungskreise der beiden Ro-

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taren dargestellt, wobei sich der Steigungspunkt M ergibt-

Durch Festlegung der Steigungskreise 25, 26 als Grenze wird ein Zusatz zu den Zahnprofilkurven AlBl und A.2B2 geschaffen, während eine Ausnehmung durch die Zahnprofilkurven BlCl und B2C2 gebildet ist.. Die Einzelansicht der Zahnprofilkurven der beiden Rotoren ergibt sich aus Fig= I, Die Kurven 291-301 und 292-302 sind mit einer eingreifenden Zahnprofilkurve gleich?beispielsweise einer Involutenkür-ve versehen, v/obei ein Zusatz und eine Ausnehmung von den Punkten B1B2 entfernt von den Steigungskreisen 25., 27 der beiden Rotoren 21_; 22 vorliegen» An dem Schnitt, welcher rechtwinklig zur Achse verläuft^ liegt eine Berührung eines Paares von Rotoren miteinander an den Punkten vor, jedoch halten die Rotoren eine lineare Berührung in Axialrichtung aufrecht»

Die beiden Rotoren 21, 22 haben die Wirkung, miteinander durch die Kurvenstücke QMR' und RMQ' zu kämmen, wie dies gestrichelt dargestellt ist, wobei sich für diese Kurvenstücke der Mittelpunkt M als Steigungspunkt ergibt=

Die Kurve für die statischen Koordinaten, an welchen die Schnittpunkte a1a2 der Zahnprofilkurven der beiden Rotoren 21, 22, die mit dem Zusatz neben den Zusatzkreisen 26, 28 versehen sind, sich berühren, entspricht den Strecken SUS' und NKN¹ gemäß der gestrichelten Linie von Figo 8. Ferner ist die Kurve der verbleibenden statischen Koordinaten, welche die Punkte B1B2 berühren, mit jedem Bogen R¹S¹-, SR, Q'N', NQ veranschaulicht,, Wegen dieser Berührungspunkte eines Paares von Rotoren ist die Schraubenzahnflache völlig abgedichtet

Somit ist gerade wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. ein Paar von Rotoren 21_; 22 in festem Eingriff zueinander.,

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wobei ein Strömungsmesser auf dem Prinzip der positiven Verdrängung mit einer hohen Verschleißbeständigkeit erhalten wird«

Zusätzlich kämmt ein Paar von Rotoren 21, 22 miteinander ohne Störung» Die Änderungen des wechselseitigen Eingriffes der beiden Rotoren 21, 22 sind in Fig_c 9a-9h veranschaulicht«

Es versteht sich, daß die durch die Punkte aia2 und B1B2 der beiden Rotoren zu beschreibenden Kurven aus sechs Bögen bestehen, nämlich SUS', NKN^!, SR, R¹S'_} NQ und Q⁹N*, welche die gestrichelt dargestellte Kurve gemäß der obigen Beschreibung umfassen, sowie ferner aus vier geraden Linien RM„ MR¹„ QM₃ MQ^!»

Da die zum Eingriff vorgesehenen Zahnformkurven., welche beispielsweise mit einer Involutenkurve zu versehen sind_s in der Nähe der Steigungskreise der beiden Rotoren liegen, kann die Gefahr eines Verschleisses ausgeschlossen werden._; obgleich hier der Nachteil vorliegt, daß Verunreinigungen in der zu messenden Flüssigkeit in den Rotationsvorgang eingeführt werden können«

Einer von vielen wesentlichen Vorteilen liegt auch darin, daß ein Paar von Rotoren in festem Eingriff zueinander vorgesehen ist, weil eine kreuzförmige Berührung zu einer Axialrichtung vorliegt, obgleich der Berührungspunkt an dem Schnitt liegt, der rechtwinklig zur j^chse verläuft= Daher ist es im wesentlichen möglich, auf einen sogenannten Pilotzahn zu verzichten ο

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Claims

60 P 31

Dr. Hdim;} Späth
8200 Rosonlicim/Oib.
Μαχ-Josefi-Platz 6 2801281

Oval Engineering Co., Ltd», 10-8, Kamiochiai 3-Chome, Shinjuku-Ku, Tokyo, Japan

Strömungsmesser auf dem Prinzip der positiven Verdrängung

Patentansprüche

Io !Strömungsmesser auf dem Prinzip der positiven Verdrängung mit einem Paar von Rotoren., welche eine schraubenförmige Zahnstruktur aufweisen und miteinander kämmen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Definition von Steigungskreisen der beiden Drehglieder als Grenze ein Zusatz (Kurven AlBl und A2B2) mit einer Zykloide vorgesehen ist, während eine Ausnehmung (BlCl und B2C2) als Trochoid ausgebildet ist und daß die auf diese Weise erhaltenen Zahnprofilkurven sich auf einen Schnitt senkrecht zur Achse beziehen»

2ο Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des äußeren Umfangs der zu bildenden Zykloide an dem Zusatz (AlBl und A2B2) jedes Rotors (1,2) und auch ein Teil neben dem zu bildenden Steigungskreis (5 und 7) an dem Trochoid mit einem Bogenzahnprofil versehen sind und daß das auf diese Weise erhaltene Bogenzahnprofil auf einen Schnitt 'senkrecht zur Achse bezogen ist.

3o Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rotoren (1, 2) eine gleiche Anzahl

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Oval Engineering Co„Ltd*j Tokyo 60 P 31

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von Zähnen aufweisen> wobei ein Drillwinkel (ß) an der Zahntiefe festlegbar ist_v während die Steigung der doppel ten Integralzahl entspricht.

4 ο Gerät nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß ein konvexes Zahnprofil mit einem geringen Vorsprung (Δ ) an einem Teil oder anderen Abschnitten einer Zahnprofilkurve jedes Rotors (1, 2) gebildet ist» und daß der andere Abschnitt ausgenommen ist, wobei ein Paar von Rotoren drehbar ist_/ die sich lediglich im Hinblick auf die konvexen Zahnprofile der entsprechenden Rotoren in wechselseitigem Eingriff befinden<.

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